WO2015093706A1 - 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳성장장치 - Google Patents

잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳성장장치 Download PDF

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WO2015093706A1
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ingot
gas
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window
purge
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김성혁
나광하
장현수
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엘지실트론 주식회사
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    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon

Definitions

  • the present invention relates to a viewport for observing ingot growth, and an ingot growth apparatus comprising the same.
  • the silicon single crystal ingot which is a material of a wafer is manufactured by Czochralski method (CZ method).
  • silicon is placed in a quartz crucible, the quartz crucible is heated to melt the silicon, and then the melt is turned into a solid on the surface of the seed single crystal while gradually pulling up while rotating the seed crystal in contact with the silicon melt. It is a method of growing an ingot having a predetermined diameter as it solidifies.
  • An apparatus for growing such an ingot is configured inside a chamber, and the chamber provides a space in which predetermined processes for growing an ingot for a wafer used as an electronic component material such as a semiconductor are performed.
  • a view port is separately installed at one side of the chamber to observe the ingots growing in the chamber.
  • diameter sensors and melt gap (M / G) sensors can measure process data such as the diameter and melt gap of growing ingots. .
  • the vaporized dopant opaquely contaminates the lower surface of the glass, it is difficult to observe the inside of the chamber and an error occurs in process data such as the diameter measured through the viewport.
  • the process conditions are determined by such incorrect process data, which causes a problem that the quality of the grown ingot is degraded.
  • Embodiment is to solve the above problems, to propose a viewport and an ingot growth apparatus including the same to prevent the contamination of the window to accurately observe the growth of the ingot.
  • the viewport for observing the growth process of the ingot of the embodiment is a viewport for observing the inside of the chamber providing a space in which the growth process of the ingot is performed, is disposed on one side of the chamber, the hole is connected to the inside of the chamber Body part; A window inserted into the hole of the body to maintain a sealed state of the chamber and to transmit light inside the chamber; And a window purge installed at a side of the body to form an air curtain to block the access of external air to the window. Characterized in that it comprises a.
  • the ingot growth apparatus of the embodiment provides a space in which the growth process of the ingot is performed and the closed chamber; A quartz crucible disposed inside the chamber to accommodate the silicon melt; Pulling means for growing the ingot by immersing, rotating and pulling a seed in the silicon melt; A view port installed at one side of the chamber to transmit light therein so as to observe a process situation in the chamber;
  • the view port includes a body part having a hole connected to the inside of the chamber and disposed in one side of the chamber, and inserted into a hole of the body part to maintain a sealed state of the chamber and transmit light inside the chamber. It is characterized in that it comprises a window and the window purge is installed on the side of the body portion to form an air curtain by injecting gas to block the access of the outside air to the window.
  • the proposed embodiment not only can block the glass contamination of the viewport, but also has the advantage of cleaning the glass of the contaminated viewport by itself.
  • This viewport makes it possible to clearly see the ingots growing inside the chamber.
  • process data in the chamber such as the diameter of the growing ingot, can be measured accurately.
  • Figure 1 shows a schematic view of the ingot growth apparatus.
  • 2 is a graph showing the difference between the target diameter measurement value and the diameter measurement value of the general ingot growth apparatus, and a graph showing the difference between the target pulling speed and the average pulling speed of the general ingot growth apparatus.
  • FIG 3 schematically shows a cross section of an ingot growth apparatus equipped with a window purge according to the first embodiment.
  • FIG. 4 shows a plane for a viewport forming an effective air curtain according to a second embodiment.
  • FIG 5 is a cross-sectional perspective view of the window purge viewed from above according to the second embodiment.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional perspective view of the window purge from the side according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a window purge, according to a second embodiment.
  • FIG 8 shows an exploded perspective view of the window purge according to the third embodiment.
  • Figure 1 shows a schematic view of the ingot growth apparatus.
  • the general ingot growth apparatuses are arranged inside the chamber 10, and since the chamber 10 is sealed, the viewport 100 may be used to observe the ingot IG growing inside the chamber 10. (view port) should be provided.
  • the view port 100 is installed at one side of the chamber 10 for observing a process situation inside the chamber 10, and a window is configured to transmit light and maintain a sealing of the chamber 10. do.
  • the growth process of the ingot can be observed with the naked eye through the window 110, and sensors are provided outside the chamber 10 to measure process conditions such as the diameter of the ingot through the window 110 and process data (raw data). Can be printed as
  • process conditions such as pulling speed are determined, so measuring accurate process data has a significant impact on ingot quality.
  • Factors to be determined as a process situation inside the chamber 10 include not only the diameter of the ingot, but also a melt gap (M / G), which is a difference between the heights of the heat shield 30 and the silicon melt (S).
  • M / G melt gap
  • S silicon melt
  • the window 110 of the view port 100 may be opaquely contaminated during the process of growing the ingot.
  • vaporized antimony is adsorbed to the window 110, so that the window 110 cannot be observed at all in the chamber 10. It may be cloudy.
  • the diameter data measured through the contaminated window 110 has the diameter and the error of the actual ingot.
  • 2 is a graph showing the difference between the target diameter measurement value and the diameter measurement value of the general ingot growth apparatus, and a graph showing the difference between the target pulling speed and the average pulling speed of the general ingot growth apparatus.
  • a sensor 200 for measuring the diameter of the ingot and outputting the raw data various sensors such as an IR sensor, a CCD camera, or a pyrometer may be used, and the pulling speed may be analyzed by analyzing the output raw data.
  • the ADC sensor 200 Auto Diameter Control
  • the ADC sensor 200 may be used as a controller for controlling the diameter of the ingot by changing (P / S).
  • the ADC value is used as the measured data of the diameter
  • the sensor and the controller for measuring the ADC value and controlling the diameter are described as the ADC sensor unit 200, but the present invention is not limited thereto. Of course.
  • the difference between the ADC value of the target (ADC SP Target) and the ADC value measured by the ingot growth apparatus (ADC SP Act.) Is small and according to the ADC value. It can be seen that the controlled average pulling speed (Avg. P / S) also has little difference from the target pulling speed (Target P / S).
  • the target means a target value which is designed before the process and proceeds on the basis of the process. That is, the pulling speed is controlled by comparing the ADC value sensed with the target ADC value during the process, and a good quality ingot having a uniform diameter is produced when the controlled pulling speed is close to the target pulling speed.
  • the view port 100 installed in the ingot growth apparatus of the present embodiment is configured to prevent and remove contamination of the window itself.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of an ingot growth apparatus equipped with a window purge according to a first embodiment of the present invention.
  • the ingot growth apparatus of this embodiment includes a chamber 10, a quartz crucible 20 containing silicon melt, a heater 30 for heating the quartz crucible 20, and the silicon melt.
  • It includes a heat shield 40 to form a melt gap (M / G), and an inert gas injection unit 50 for supplying an inert gas into the chamber 10 to control the flow and atmosphere of the inert gas.
  • the ingot growth apparatus of the present embodiment includes a viewport 100 for observing the inside of the chamber 10, and measures the diameter of the ingot through the viewport 100 outside the chamber 10 and is measured. It further comprises an ADC sensor unit 200 for controlling the diameter of the ingot through the control of the pulling speed as data.
  • the view port 100 is disposed in the chamber 10 and the body portion 120 having a hole so that the inside of the chamber 10 can be observed, and the upper portion of the body portion 120 and the light A window 110 through which the inside of the chamber 10 can be observed and a window purge 130 that sprays the gas to prevent contamination of the window 110.
  • the body 120 may be configured as a tube having a hole that is mounted on the upper side of the chamber 10 to observe the process conditions therein.
  • it may be configured as a cylindrical tube extending upward from the top of the chamber 10 so as to face the meniscus of the growing ingot, and having an inner diameter of about 45 cm.
  • a window hole may be provided at an upper side of the body part 120, and a window 110 into which a glass 111 made of a transparent material that may transmit light may be provided in the hole of the window.
  • the glass 111 may be made of not only glass but also various materials that can transmit light, but is preferably made of quartz glass that is resistant to heat and does not contaminate the ingot.
  • a window purge 130 for injecting an inert gas is interposed between the body 120 and the window 110 to prevent contaminants from approaching the window 110.
  • the window purge 130 may include a gas injector 131, thereby injecting an inert gas to the lower side of the glass 111 to prevent inflow of contaminants into the glass 111 and to insulate the air from the outside. Can be formed.
  • the gas injector 131 may be disposed anywhere on one side of the window purge 130.
  • the window purge 130 may be disposed in a direction opposite to the upper portion of the chamber 10, but is not limited thereto.
  • the gas injector 131 may be disposed in the window purge 130 on the upper side of the chamber 10, as illustrated. That is, the gas injector 131 may be disposed at an optimal position for injecting inert gas into the glass 111 according to the shape of the chamber 10 and the shape of the view port 100.
  • the gas injection unit 131 may remove the contaminants adsorbed on the glass 111 by spraying the gas toward the glass 111 by adjusting the angle of the nozzle.
  • the view port 100 from above the window 110, the body portion 120 and.
  • the window purge 130 it is also possible to be configured in one piece.
  • the glass may be inserted into a cylindrical tube inner hole extending from the upper portion of the chamber 10, and a gas injection unit may be mounted on the side of the cylindrical tube to inject gas toward the glass.
  • the window purge 130 and the window 110 may be configured as a flange.
  • the window purge 130 is a purge body 132 having a hole is disposed so that the purge O-ring 133 (O-ring) is interposed on the upper portion of the body portion 120, the window 110
  • the window body 112 having a hole may be disposed such that the window o-ring 113 is interposed on the purge body 132.
  • a gasket and an O-ring may be further disposed around the glass 111 interposed in the hole of the window body 112 to completely seal the hole of the view port 100.
  • a plurality of screw grooves are provided in each of the window 110, the body part 120, and the window purge 130, and the bolt 140 is fastened to the screw groove, thereby the window 110 and the body part 120.
  • the window purge 130 may be tightly coupled.
  • the window purge 130 is coupled to the upper side of the body part 120 by a flange, and the window 110 is flanged above the window purge 130.
  • the present embodiment is not limited thereto.
  • the gas supply unit 170 is connected to the gas injector 131 through a gas line 150 to supply an inert gas.
  • the gas line 150 is provided with a gas valve 160 and a gas flow meter (gas flow meter) to adjust the supply pressure and to check the injected gas flow rate, the appropriate gas supply pressure and the injected total gas flow rate Can be controlled.
  • a gas valve 160 and a gas flow meter (gas flow meter) to adjust the supply pressure and to check the injected gas flow rate, the appropriate gas supply pressure and the injected total gas flow rate Can be controlled.
  • argon gas Ar gas
  • the gas injected from the window purge 130 may have a supply pressure of about 2.5 to 2.8 (kg / cm 2). have.
  • the total injected gas flow rate is preferably 20 (lpm) or less.
  • the gas supply unit 170 may be configured to supply gas only to the window purge 130, but for convenience of the facility, the gas supply unit may resent a line for supplying an inert gas to an existing inert gas injector 50. It is also possible to construct the line 150.
  • the process conditions inside the chamber can be accurately observed and measured, and the process conditions can be accurately determined by the measured data. It has the advantage of producing high quality ingot by controlling.
  • the view port 100 is inclined obliquely extending to face the meniscus as described above.
  • the side of the view port 100 toward the upper chamber 11 on which the ingot is grown is called the upper part of the view port 100, and the side of the view port 100 on the lower chamber 10 side opposite to the view port ( It will be referred to as the bottom of 100).
  • the gas injector 131 is not in view of preventing the flow of the gas. It is preferable to inject gas from the top of the port 100 to the bottom.
  • the gas injector 131 is installed between the upper chamber 11 and the view port 100 (the upper portion of the view port 100), and when injecting gas toward the lower portion of the view port 100, Effectively blocking contaminants from approaching the glass 111.
  • the gas injection unit 131 is installed at the lower portion of the view port 100, but a window purge for injecting gas from the upper portion of the view port 100 opposite to the installed portion is provided. 130), it is possible to form an effective air curtain.
  • FIG. 4 is a plan view of a viewport for forming an air curtain by injecting gas from the upper side to the lower side according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a sectional perspective view of the window purge viewed from above
  • FIG. 6. Shows a cross-sectional perspective view of the window purge from the side
  • FIG. 7 is a side view of the window purge.
  • the window purge 130 is formed as a flange.
  • the gas guide part 134 which is a passage through which the supplied gas moves, is provided inside the purge body 132 constituting the flange. Between the gas guide 134 and the purge body 132, a gas ejection outlet 135 for injecting the moved gas is provided.
  • the gas injector 131 supplies the gas from one side of the purge body 132 to the inside, the supplied gas is moved to the gas outlet 135 along the gas guide 134, and the gas outlet The gas moved at 135 may be ejected to form an air curtain.
  • the gas injection unit 131 may inject the gas at a desired position regardless of the position at which the gas is supplied.
  • the gas injector 131 is mounted to the lower purge body 132 of the view port 100, and the gas ejection outlet 135 is connected to the upper purge body 132 of the view port 100.
  • the gas injection unit 131 and the gas ejection port 135 are configured to be connected through the gas guide unit 134 formed along the purge body 132.
  • the gas injected from the lower side of the view port 100 may move along the gas guide 134 and may be injected from the upper side of the view port 100.
  • the gas ejection opening 135 may be configured in plural to widen the area of the air curtain, and may be configured in a hole shape extending in a horizontal direction differently from the illustrated.
  • the window purge can effectively form an air curtain, thereby preventing contamination of the glass and preventing the flow of gas inside the chamber.
  • the gas supply unit 170 may be connected to the control unit 190.
  • the controller 180 may control the gas supply pressure injected from the gas supply unit 170 according to a process.
  • the gas supply pressure may be increased during the melting process, dopant input, etc., during the ingot growth process in which contaminants are concentrated.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a window purge according to a third embodiment of the present invention.
  • the inclined jaw 136 is disposed between the gas ejection outlet 135 and the lower surface of the glass 111, so that the gas ejected from the gas ejection outlet 135 forms the inclined jaw ( By resentment through the 136, it is to form an air curtain uniformly and densely in the lower horizontal plane of the glass 111.
  • the window purge according to the third embodiment of the present invention is composed of a first window purge 130 for injecting gas and a second window purge 180 coupled to the bottom surface thereof.
  • the first window purge 130 includes a gas injector 131 for supplying gas, a gas guide 134 for guiding the supplied gas, a gas outlet 135 for injecting the guided gas in a vertical direction, and And an inclined jaw 136 for injecting the ejected gas.
  • a second window purge 180 is coupled to a lower surface of the first window purge 130.
  • the gas ejected by being coupled to the inclined jaw 136 at a predetermined interval is injected into the glass 111 through the gap. Be sure to
  • the gas ejected in the vertical direction from the gas ejection outlet 135 is blocked at the body 181 of the second window purge 180, and thus is separated at a predetermined interval between the inclined jaw 136 and the body 181. After spraying, a dense and uniform air curtain can be formed.
  • this third embodiment by forming a dense and uniform air curtain on the lower side of the glass 111, it is possible to more effectively prevent contamination on the lower surface of the glass 111.
  • the embodiment relates to an ingot growth apparatus for producing a wafer, which is a material of a semiconductor or the like, and a viewport included therein.

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Abstract

실시예의 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트는 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버 내부를 관찰하기 위한 뷰 포트로서, 상기 챔버의 일측에 배치되고, 상기 챔버 내부와 연결된 홀이 구비된 바디부; 상기 바디부의 홀에 삽입되어 상기 챔버의 밀봉 상태를 유지하고, 챔버 내부의 빛을 투과하는 윈도우; 및 상기 바디부의 측면에 설치되어 상기 윈도우로 외부 공기의 접근을 차단하도록 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 제안되는 실시예의 뷰 포트는 글라스 오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 오염된 뷰 포트의 글라스를 자체적으로 세정할 수 있는 장점이 있다. 이러한 뷰 포트를 통해 챔버 내부에서 성장하는 잉곳을 명확히 관찰할 수 있게 되어, 정확하게 관찰된 공정 데이터를 통해 공정 조건을 결정함으로써, 고품질의 잉곳을 생산할 수 있는 장점이 있다.

Description

잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트 및 이를 포함하는 잉곳성장장치
본 발명은 잉곳 성장을 관찰하기 위한 뷰포트와, 이를 포함하는 잉곳성장장치에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼의 재료가 되는 실리콘 단결정 잉곳은 초크랄스키법(CZ법)으로 제조된다.
CZ법이란, 석영도가니에 실리콘을 넣고 석영도가니를 가열하여 실리콘을 용융시키킨 후, 종자 결정(seed crystal)을 실리콘 융액에 접촉시킨 상태에서 회전하면서 서서히 끌어올리면서 종자 단결정 표면에서 융액을 고체로 응고시킴에 따라 소정의 직경을 갖는 잉곳을 성장시키는 방법이다.
이러한 잉곳을 성장시키는 장치는 챔버 내부에 구성되며, 상기 챔버는 반도체 등의 전자 부품 소재로 사용되는 웨이퍼용 잉곳을 성장시키기 위한 소정의 공정들이 수행되는 공간을 제공한다.
그리고, 상기 챔버는 오염물질 유입 방지 및 내부 분위기를 유지하기 위하여 밀봉되어 있기 때문에, 챔버 내부에서 성장하는 잉곳을 관찰하기 위하여 챔버의 일 측에는 별도로 뷰 포트(view port)가 설치된다.
이러한 뷰 포트를 통해 잉곳의 성장을 육안으로 관찰할 수 있을 뿐만 아니라, 직경 측정 센서나 멜트 갭(M/G) 측정 센서 등은 성장하는 잉곳의 직경과 멜트 갭과 같은 공정 데이터를 측정할 수 있다.
이후, 위와 같이 측정된 실시간 공정 데이터를 고려하여 잉곳 인상속도나 히터 파워 등의 공정조건이 결정되기 때문에, 챔버 내부의 공정 데이터를 정확하게 측정하는 것은 잉곳의 품질을 결정하는 중요한 요소가 된다.
그런데, 상기 챔버 내부의 석영 도가니에서 발생하는 가스 또는 기화된 도펀트에 의하여, 뷰 포트의 글라스가 오염되는 문제점이 발생한다.
특히, 기화된 도펀트는 글라스 하면을 불투명하게 오염시키기 때문에, 챔버 내부를 관찰하기 어려울 뿐만 아니라, 뷰 포트를 통해 측정된 직경 등의 공정 데이터에 오차가 생기게 된다.
이러한 오차를 방지하기 위하여 센서의 이동속도, 감도, 감도 조절 등을 실시하는 방안이 제시되었지만 오차개선효과가 미비하였다.
따라서, 이러한 잘못된 공정 데이터에 의해 공정 조건이 결정되어, 성장된 잉곳의 품질이 저하되는 문제점이 발생한다.
실시예는 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 윈도우의 오염을 방지하여 잉곳의 성장을 정확하게 관찰할 수 있도록 하는 뷰 포트와 이를 포함하는 잉곳성장장치를 제안하고자 한다.
실시예의 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트는 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버 내부를 관찰하기 위한 뷰 포트로서, 상기 챔버의 일측에 배치되고, 상기 챔버 내부와 연결된 홀이 구비된 바디부; 상기 바디부의 홀에 삽입되어 상기 챔버의 밀봉 상태를 유지하고, 챔버 내부의 빛을 투과하는 윈도우; 및 상기 바디부의 측면에 설치되어 상기 윈도우로 외부 공기의 접근을 차단하도록 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 실시예의 잉곳성장장치는 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하고 밀폐된 챔버; 상기 챔버의 내부에 배치되어, 실리콘 멜트를 수용하는 석영도가니; 상기 실리콘 멜트에 시드를 침지하고 회전 및 인상하여 상기 잉곳을 성장시키는 인상수단; 상기 챔버의 일측에 설치되어 상기 챔버 내부의 공정상황을 관찰할 수 있도록 내부의 빛을 투과하는 뷰 포트; 를 포함하고, 상기 뷰 포트는 상기 챔버의 일측에 배치되어 상기 챔버 내부와 연결된 홀이 구비된 바디부와, 상기 바디부의 홀에 삽입되어 상기 챔버의 밀봉 상태를 유지하고 챔버 내부의 빛을 투과하는 윈도우와, 상기 바디부의 측면에 설치되어 상기 윈도우로 외부 공기의 접근을 차단하도록 가스를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 윈도우 퍼지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제안되는 실시예는 뷰 포트의 글라스 오염을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 오염된 뷰 포트의 글라스를 자체적으로 세정할 수 있는 장점이 있다.
이러한 뷰 포트를 통해 챔버 내부에서 성장하는 잉곳을 명확히 관찰할 수 있다.
또한, 뷰 포트를 통해, 성장되는 잉곳의 직경 등의 챔버 내부의 공정 데이터를 정확하게 측정할 수 있다.
따라서, 정확하게 측정된 공정 데이터를 통해 잉곳 성장 공정 조건을 결정하여, 고품질의 잉곳을 생산할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.
도 2는 타겟 직경 측정값과 일반적인 잉곳성장장치의 직경 측정값의 차이를 나타내는 그래프와, 타겟 인상속도와 일반적인 잉곳성장장치의 평균 인상속도의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른, 윈도우 퍼지가 장착된 잉곳성장장치의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 제 2 실시예에 따른, 효과적인 에어 커튼을 형성하는 뷰 포트에 대한 평면을 나타낸다.
도 5는 제 2 실시예에 따른, 윈도우 퍼지를 상측에서 바라본 단면 사시도를 나타낸다.
도 6은 제 2 실시예에 따른, 윈도우 퍼지를 측면에서 바라본 단면 사시도를 나타낸다.
도 7은 제 2 실시예에 따른, 윈도우 퍼지의 측면도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른, 윈도우 퍼지의 분리 사시도를 나타낸다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 잉곳성장장치의 개략적인 모습을 나타낸다.
일반적인 잉곳성장장치의 구성들은 챔버(10) 내부에 배치되며, 챔버(10)는 밀봉(sealing)되어 있기 때문에, 챔버(10) 내부에서 성장하는 잉곳(IG)을 관찰하기 위해서는 뷰 포트 (100) (view port)가 구비되어야 한다.
상기 뷰 포트(100)는 챔버(10) 내부의 공정 상황을 관찰을 위해 챔버(10) 일 측에 설치되며, 빛을 투과하고 챔버(10)의 밀봉 상태(sealing)를 유지할 수 있도록 윈도우가 구성된다.
이러한 윈도우(110)를 통해 육안으로 잉곳의 성장공정을 관찰할 수 있고, 챔버(10) 외부에는 센서들이 마련되어 윈도우(110)를 통해 잉곳의 직경과 같은 공정상황을 측정하여 공정 데이터(raw data)로 출력할 수 있다.
이러한 공정 데이터에 기반하여 인상속도와 같은 공정조건이 결정되므로, 정확한 공정 데이터를 측정하는 것은 잉곳 품질에 큰 영향을 미치게 된다.
특히, 공정상황 중에 잉곳의 직경이 균일한지 여부는 잉곳의 품질을 결정하는 중요한 요소이므로, 뷰 포트(100)를 통해 성장하는 잉곳의 직경을 정확하게 측정하여야만 균일한 직경의 잉곳을 생산할 수 있다.
상기 챔버(10) 내부의 공정상황으로 판단될 요소로는 잉곳의 직경뿐만 아니라, 열차폐체(30)와 실리콘 멜트(S)의 높이 차이인 멜트 갭(M/G) 등도 이에 해당되나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 공정상황은 성장되는 잉곳의 직경으로 설명하기로 한다.
한편, 잉곳을 성장시키는 공정 진행 중에 뷰 포트(100)의 윈도우(110)가 불투명하게 오염될 수 있다.
특히, 안티모니(Sb) 도펀트를 함유하는 실리콘 멜트에서 잉곳을 성장시키는 공정 중에는 기화된 안티모니가 윈도우(110)에 흡착되어, 챔버(10) 내부를 전혀 관찰할 수 없을 정도로 윈도우(110)가 뿌옇게 오염되는 경우가 있다. 그리고, 뿌옇게 오염된 윈도우(110)를 통해 측정된 직경 데이터는 실제 잉곳의 직경과 오차를 가지게 된다.
도 2는 타겟 직경 측정값과 일반적인 잉곳성장장치의 직경 측정값의 차이를 나타내는 그래프와, 타겟 인상속도와 일반적인 잉곳성장장치의 평균 인상속도의 차이를 나타내는 그래프이다.
잉곳의 직경을 측정하여 로데이터(raw data)로 출력하는 센서(200)로는 적외선 센서(IR sensor), CCD 카메라 또는 고온계(pyrometer) 다양한 센서가 사용될 수 있으며, 출력된 로데이터를 분석하여 인상속도(P/S) 변경을 통해 잉곳의 직경을 제어하는 제어부로 ADC 센서(200)(Automatic Diameter Control)가 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 직경을 측정한 데이터로 ADC 값을 사용하며, 이러한 ADC 값을 측정하고 이를 통해 직경을 제어하는 센서 및 제어부로는 ADC 센서부(200)로써 설명하나, 본 발명이 이에 한정되지 아니함은 당연하다.
도 2를 참조하면, 잉곳의 바디 그로잉 공정(body growing) 초기에는 타겟 ADC 값(ADC SP Target)과 잉곳성장장치에서 측정된 ADC 값(ADC SP Act.)의 차이가 적고, ADC 값에 따라서 제어되는 평균 인상속도(Avg. P/S) 또한 타겟 인상속도(Target P/S)와의 차이가 거의 없음을 알 수 있다.
여기서 타겟이란, 공정 전에 미리 설계되어 이를 기초로 공정을 진행하는 목표 값을 의미한다. 즉, 공정 중에 센싱되는 ADC 값과 타겟 ADC 값을 비교하여 인상속도를 제어하게 되며, 제어된 인상속도가 타겟 인상속도에 근접할 때 직경이 균일한 양질의 잉곳이 생산된다.
그런데, 바디 그로잉 공정 후반부로 갈수록 타겟 ADC 값과 측정된 ADC 값의 차이(y)가 급격하게 증가하게 됨에 따라서, 타겟 인상속도와 평균 인상속도의 차이(x)도 증가하는 것을 알 수 있다.
이렇게 생산된 잉곳의 경우, 후반부로 갈수록 직경이 요동되므로 잉곳의 품질이 하락되는 문제가 발생된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예의 잉곳성장장치에 설치된 뷰 포트(100)는 자체적으로 윈도우의 오염을 방지하고 제거할 수 있도록 구성된다.
<제 1 실시예>
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 윈도우 퍼지가 장착된 잉곳성장장치의 단면을 개략적으로 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 잉곳성장장치는 챔버(10)와, 실리콘 멜트를 담는 석영도가니(20)와, 상기 석영도가니(20)를 가열하기 위한 히터(30)와, 상기 실리콘 멜트에서 접하여 잉곳을 인상하는 시드(seed)를 고정하기 위한 시드 척(70)(seed chuck)과, 상기 시드 척(70)을 승강 및 회전시키는 인상수단과, 상기 석영도가니(20) 상측에서 실리콘 멜트와 멜트 갭(M/G)을 형성하는 열차폐체(40)와, 상기 챔버(10) 내부에 불활성 가스를 공급하여 불활성 가스의 흐름과 분위기를 제어하는 불활성 가스 주입부(50)를 포함한다.
그리고, 본 실시예의 잉곳성장장치는 상기 챔버(10) 내부를 관찰하기 위한 뷰 포트(100)를 포함하며, 상기 챔버(10) 외부에서 뷰 포트(100)를 통해 잉곳의 직경을 측정하고 측정된 데이터로 인상속도의 제어를 통해 잉곳의 직경을 제어하는 ADC 센서부(200)를 더 포함한다.
특히, 상기 뷰 포트(100)는 챔버(10)에 배치되고 챔버(10) 내부를 관찰할 수 있도록 홀을 구비한 바디부(120)와, 상기 바디부(120)의 상부에 배치되고 빛을 투과하여 챔버(10) 내부를 관찰할 수 있도록 하는 윈도우(110)와, 상기 가스를 분사하여 윈도우(110)의 오염을 방지하는 윈도우 퍼지(130)를 포함한다.
좀더 상세히, 상기 바디부(120)는 챔버(10)의 상측에 장착되어 내부의 공정상황을 관찰할 수 있도록 하는 홀이 구비된 관으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 성장되는 잉곳의 메니스커스(meniscus)를 향할 수 있도록, 챔버(10)의 상부에서 상측으로 연장되며, 내경이 45Cm 정도로 형성된 원통형 관으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 바디부(120)의 상측에는 윈도우 홀이 구비되며 상기 윈도우의 홀에는 빛을 투과할 수 있는 투명한 재질의 글라스(111)가 삽입된 윈도우(110)가 마련될 수 있다.
상기 글라스(111)는 유리뿐만 아니라 빛을 투과할 수 있는 다양한 재질로 구성될 수 있으나, 열에 강하고 잉곳을 오염시키지 않는 석영 유리로 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 바디부(120)와 윈도우(110) 사이에는 윈도우(110)로 오염물질이 접근하는 것을 막기 위하여 불활성 가스를 분사하는 윈도우 퍼지(130)(window purge)가 개재된다.
상기 윈도우 퍼지(130)에는 가스 분사부(131)가 포함될 수 있어서 글라스(111)의 하측으로 불활성 가스를 분사함으로써, 글라스(111)로 오염물질의 유입되는 것을 방지하고 외부공기와 단열하는 에어 커튼을 형성할 수 있다.
상기 가스 분사부(131)는 윈도우 퍼지(130)의 일측에 어디에나 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 챔버(10)의 상부에 대향되는 방향의 상기 윈도우 퍼지(130)에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 가스 분사부(131)는 도시된 바와 다르게 상기 챔버(10)의 상부 쪽의 상기 윈도우 퍼지(130)에 배치될 수도 있다. 즉, 상기 가스 분사부(131)는 상기 챔버(10)의 형상 및 상기 뷰 포트(100)의 형상에 따라서, 상기 글라스(111)로 불활성 가스를 분사하기 위한 최적의 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 가스 분사부(131)는 노즐의 각도를 조절하여 글라스(111)를 향해 가스를 분사함으로써, 글라스(111)에 흡착된 오염물질을 제거할 수도 있다.
한편, 위에서는 상기 뷰 포트(100)를 윈도우(110)와, 바디부(120)와. 윈도우 퍼지(130)로 각각 구분하여 설명하였으나, 일체형으로 구성되는 것도 가능하다.
예를 들어, 상기 챔버(10) 상부에서 연장된 원통형의 관 내부 홀에 글라스가 삽입되고, 원통형 관의 측면에 가스 분사부가 장착되어 글라스를 향해 가스를 분사하는 구조로 형성되는 것도 가능하다.
다만, 본 실시예에서는 상기 챔버(10)의 밀봉 상태를 유지하기 위하여, 상기 윈도우 퍼지(130)와 윈도우(110)는 플랜지(flange)로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우 퍼지(130)는 홀을 구비한 퍼지 바디(132)가 바디부(120)의 상부에 퍼지 오링(133)(O-ring)이 개재되도록 배치되고, 상기 윈도우(110)는 홀을 구비한 윈도우 바디(112)가 퍼지 바디(132) 상부에 윈도우 오링(113)이 개재되도록 배치될 수 있다. 이때, 윈도우 바디(112)의 홀에 개재된 글라스(111) 주위에는 가스 켓과 오링이 더 배치되어, 뷰 포트(100)의 홀을 완전하게 밀폐할 수 있다.
그리고, 상기 윈도우(110)와 바디부(120)와 윈도우 퍼지(130) 각각에는 복수개의 나사홈이 마련되고, 상기 나사홈에 볼트(140)가 체결됨으로써, 윈도우(110)와 바디부(120)와 윈도우 퍼지(130)는 단단하게 결합될 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 챔버(10)의 밀봉 상태를 유지하기 위하여, 바디부(120)의 상측에 윈도우 퍼지(130)를 플랜지로 결합하고, 윈도우 퍼지(130) 상측에 윈도우(110)를 플랜지로 결합하였으나, 본 실시예가 이에 한정되지 아니함은 당연하다.
한편, 상기 가스 분사부(131)로 가스를 공급하기 위하여, 상기 가스 공급부(170)가 가스 라인(150)을 통해 가스 분사부(131)와 연결되어 불활성 가스를 공급한다.
이때, 상기 가스 라인(150)에는 가스 벨브(160)와 가스 플로우 미터(gas flow meter)가 설치되어 공급압력을 조절하고 분사된 가스 유량을 확인하여, 적절한 가스 공급압력과 분사된 총 가스 유량을 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우 퍼지(130)에서 분사되는 가스는 불활성 가스로 아르곤 가스(Ar gas)가 사용될 수 있으며, 상기 아르곤 가스의 공급압력은 약 2.5 내지 2.8 (kg/cm2) 사이에서 형성될 수 있다. 그리고, 총 분사된 가스 유량은 20(lpm) 이하인 것이 바람직하다.
상기 가스 공급부(170)는 상기 윈도우 퍼지(130)에만 가스를 공급하도록 별도로 구성되는 것도 가능하나, 설비의 편의를 위하여 기존의 불활성 가스 주입부(50)로 불활성 가스를 공급하는 라인을 분개하여 가스 라인(150)을 구성하는 것도 가능하다.
전술한 본 발명의 제 1 실시예에 의해, 상기 글라스의 오염을 방지하고, 흡착된 오염 물질을 제거함으로써, 챔버 내부의 공정상황을 정확하게 관찰 및 측정할 수 있으며, 정확하게 측정된 데이터로 공정조건을 제어하여 고품질의 잉곳을 생산할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 뷰 포트(100) 앞서 설명한 바와 같이 메니스커스를 향하기 위하여 비스듬하게 기울어져 연장된다. 이때, 잉곳이 성장하는 상부 챔버(11) 쪽 뷰 포트(100)의 측면을 뷰 포트(100)의 상부라 하고, 이에 대향되는 하부 챔버(10) 쪽의 뷰 포트(100) 측면을 뷰 포트(100)의 하부로 지칭하기로 한다.
이렇게 기울어진 뷰 포트(100)에 효과적인 에어 커튼을 형성하기 위해서는 뷰 포트(100)의 상부에서 뷰포트(100)의 하부로 가스를 분사하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 챔버(10) 내부에서 불활성 가스의 흐름은 잉곳이 성장하는 상부 챔버(11)에서 하부 챔버(10)로 흐르기 때문에, 이러한 가스의 흐름을 방해하지 않기 위해서도 가스 분사부(131)는 뷰 포트(100)의 상부에서 하부로 가스를 분사하는 것이 좋다.
즉, 상기 가스 분사부(131)는 상부 챔버(11)와 뷰 포트(100) 사이(뷰 포트(100)의 상부)에 설치되어, 뷰 포트(100)의 하부를 향해 가스를 분사할 때, 효과적으로 글라스(111)에 오염물질이 접근하는 것을 차단할 수 있다.
그런데, 상기 상부 챔버(11)와 뷰 포트(100) 사이는 공간이 협소하여 상기 가스 분사부(131)와 가스 라인(150)이 구성되기에 어려움이 있을 수 있다.
<제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예에서 윈도우 퍼지(130)의 구조만 변형된 것이므로, 위 설명과 공통되는 부분에 있어서는 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시예의 뷰 포트(100)는 뷰 포트(100)의 하부에 가스 분사부(131)가 설치되나, 설치된 부분에 대향되는 뷰 포트(100) 상부에서 가스를 분사하는 윈도우 퍼지(130)로 구성되므로, 효과적인 에어 커튼을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 상측에서 하측으로 가스를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 뷰 포트에 대한 평면을 나타내고, 도 5는 윈도우 퍼지를 상측에서 바라본 단면 사시도를 나타내며, 도 6은 윈도우 퍼지를 측면에서 바라본 단면 사시도를 나타내고, 도 7은 윈도우 퍼지의 측면도이다.
도 4 내지 7을 참조하면, 상기 윈도우 퍼지(130)는 플랜지로 형성되는데, 플랜지를 이루는 상기 퍼지 바디(132)의 내부에는 공급된 가스가 이동하는 통로인 가스 안내부(134)가 마련되고, 상기 가스 안내부(134)와 퍼지 바디(132) 사이에는 이동된 가스를 분사하는 가스 분출구(135)가 마련된다.
이를 통해, 상기 가스 분사부(131)가 퍼지 바디(132)의 일측에서 내부로 가스를 공급하면, 공급된 가스는 가스 안내부(134)를 따라서 가스 분출구(135)로 이동되고, 상기 가스 분출구(135)에서 이동된 가스가 분출되어 에어 커튼을 형성할 수 있다.
즉, 상기 퍼지 바디(132)에서 가스를 분사하고자 하는 위치에 가스 분출구(134)가 형성되고, 상기 가스 분사부(131)와 상기 가스 분출구(134)가 가스 안내부(134)를 통해 연결되면, 상기 가스 분사부(131)가 가스를 공급하는 위치에 관계없 원하는 위치에서 가스를 분사할 수 있게 된다.
본 실시예에서는 상기 가스 분사부(131)가 뷰 포트(100)의 하부 쪽 퍼지 바디(132)에 장착되고, 상기 가스 분출구(135)는 뷰 포트(100)의 상부 쪽 퍼지 바디(132)에 마련되며, 상기 가스 분사부(131)와 가스 분출구(135)는 퍼지 바디(132)를 따라서 형성된 가스 안내부(134)를 통해 연결되도록 구성된다.
이러한 구성을 통해서, 상기 뷰 포트(100)의 하부 쪽에서 분사된 가스는 가스 안내부(134)를 따라서 이동하여 뷰 포트(100)의 상부 쪽에서 분사될 수 있다.
이때, 상기 가스 분출구(135)는 에어 커튼의 면적을 넓히기 위하여, 복수개로 구성될 수 있으며, 도시된 바와 다르게 가로 방향으로 연장된 홀 형상으로 구성될 수도 있다.
전술한 제 2 실시예의 구조에 의하여, 윈도우 퍼지는 효과적으로 에어 커튼을 형성할 수 있어서 글라스의 오염을 차단하고, 챔버 내부의 가스의 흐름을 방해하지 않는 장점이 있다.
한편, 상기 가스 공급부(170)는 제어부(190)에 연결될 수 있다.
상기 제어부(180)는 상기 가스 공급부(170)에서 분사되는 가스 공급 압력을 공정에 따라 제어할 수 있다.
예를 들어, 오염 물질이 집중적으로 발생되는 잉곳 성장 공정시기인 멜팅 공정, 도펀트 투입시 등에 가스 공급 압력을 증가시킬 수 있다.
<제 3 실시예>
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른, 윈도우 퍼지의 분리 사시도를 나타낸다.
본 발명의 제 3 실시예 또한, 제 1 실시예에서 윈도우 퍼지(130)의 구조만 변형된 것이므로, 위 기재된 설명과 공통되는 부분에 있어서는 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제 3 실시예는, 상기 가스 분출구(135)와 글라스(111)의 하면 사이에 경사진 턱(136)을 배치하여, 가스 분출구(135)에서 분출된 가스가 상기 경사진 턱을(136)을 거치면서 분개되도록 함으로써, 글라스(111)의 하측 수평면에 균일하고 조밀하게 에어 커튼을 형성하려는 것이다.
좀더 상세히, 본 발명의 제 3 실시예의 윈도우 퍼지는 가스를 분사하는 제 1 윈도우 퍼지(130)와, 그 하면에 결합된 제 2 윈도우 퍼지(180)로 구성된다.
상기 제 1 윈도우 퍼지(130)에는 가스를 공급하는 가스 분사부(131)와, 공급된 가스를 안내하는 가스 안내부(134)와, 안내된 가스를 수직방향으로 분사하는 가스 분출구(135)와, 분출된 가스를 분개하는 경사진 턱(136)으로 구성된다.
상기 제 1 윈도우 퍼지(130)의 하면에는 제 2 윈도우 퍼지(180)가 결합되는데, 경사진 턱(136)과 소정의 간격을 두도록 결합되어 분출된 가스가 간격을 통해 글라스(111) 하측으로 분사되도록 한다.
즉, 상기 가스 분출구(135)에서 수직방향으로 분출된 가스는 상기 제 2 윈도우 퍼지(180)의 바디(181)에 막혀서 경사진 턱(136)과 바디(181) 사이의 소정의 간격으로 분개된 후 분사되어 조밀하고 균일한 에어 커튼이 형성될 수 있다.
이러한 제 3 실시예의 구조에 의하여, 글라스(111)의 하측에 조밀하고 균일한 에어 커튼을 형성하여, 좀더 효과적으로 글라스(111)의 하면에 오염을 방지할 수 있다.
실시예는 반도체 등에 재료가 되는 웨이퍼 생산을 위한 잉곳성장장치와, 이에 포함되는 뷰 포트에 관한 것이므로, 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (16)

  1. 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버의 내부를 관찰하기 위한 뷰 포트로서,
    상기 챔버의 일측에 배치되고, 상기 챔버 내부와 연결된 홀을 갖는 바디부;
    상기 바디부의 홀에 삽입되어 상기 챔버의 밀봉 상태를 유지하고, 상기 챔버 내부의 빛을 투과하는 윈도우; 및
    상기 윈도우를 향해 가스를 분사하는 윈도우 퍼지; 를 포함하는 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바디부의 상측에는 상기 윈도우 퍼지가 플랜지로 결합되는 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지의 상측에는 상기 윈도우가 플랜지로 결합되는 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지는 상기 바디부의 상측에 결합되고 상기 바디부의 홀과 연결된 퍼지 홀이 구비된 퍼지 바디와, 상기 퍼지 바디의 일측에서 가스를 분사하여 에어 커튼을 형성하는 가스 분사부를 포함하는 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가스 분사부는 가스 분사방향을 조절할 수 있는 가스 노즐을 포함하는 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 퍼지 바디에는 상기 가스 분사부로부터 공급된 가스의 이동 통로가 되는 가스 안내부가 마련되고, 상기 가스 안내부와 퍼지 바디 사이에는 상기 이동된 가스를 분사하는 가스 분출구가 마련된 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 분출구는 복수 개로 마련되는 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 분출구는 넓은 면적으로 가스를 분사할 수 있도록 가로 방향으로 연장된 형상을 가지는 잉곳의 성장 공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지에는 상기 분사된 가스를 분개하는 경사진 턱이 더 구비된 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
  10. 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하고 밀폐된 챔버;
    상기 챔버의 내부에 배치되어, 실리콘 멜트를 수용하는 석영도가니;
    상기 실리콘 멜트에 시드를 침지하고 회전 및 인상하여 상기 잉곳을 성장시키는 인상수단;
    상기 챔버의 일측에 설치되어 상기 챔버 내부의 공정상황을 관찰할 수 있도록 내부의 빛을 투과하는 뷰 포트; 를 포함하고,
    상기 뷰 포트는 상기 챔버의 일측에 배치되어 상기 챔버 내부와 연결된 홀이 구비된 바디부와, 상기 바디부의 홀에 삽입되어 상기 챔버의 밀봉 상태를 유지하고 챔버 내부의 빛을 투과하는 윈도우와, 상기 윈도우를 향해 가스를 분사하는 윈도우 퍼지를 포함하는 잉곳성장장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 뷰 포트를 통해 상기 잉곳의 성장공정의 상황을 측정하는 센서부를 더 포함하는 잉곳성장장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 실리콘 멜트로 부터 성장되는 잉곳의 직경을 측정하는 직경측정센서부인 잉곳성장장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 윈도우 퍼지로 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부와 상기 윈도우 퍼지를 연결하는 가스 라인을 더 포함하는 잉곳성장장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 실리콘 멜트에는 안티모니(Sb)가 도펀트로 함유된 잉곳성장장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스 공급부과 연결되어 상기 잉곳 성장공정에 따라서 가스 주입압력을 조절하는 제어부를 더 포함하는 잉곳성장장치.
  16. 잉곳의 성장공정이 수행되는 공간을 제공하는 챔버의 내부를 관찰하기 위한 뷰 포트로서,
    상기 챔버의 밀폐 상태를 유지하면서 상기 챔버 내부를 관찰할 수 있는 윈도우와, 상기 윈도우를 향해 가스를 분사하여 윈도우의 오염을 방지하는 잉곳의 성장공정을 관찰하기 위한 뷰 포트.
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